輕鋼結構建筑設計的理念及特點

近些年來，隨著我國經濟的飛速發展和城市化建設進程的不斷加快，進一步推動了建筑業的發展。輕鋼結構以其施工周期短、性價比較高、環保性良好、抗震性能力強等優點被廣泛應用于建筑領域當中。輕鋼結構在當今的居民建筑、廠房建筑等領域發揮著不可替代的作用，因此對輕鋼結構的建筑設計進行探討十分必要。
2 輕鋼結構簡介
2.1 輕鋼結構概念
所謂的輕鋼結構具體是指結構主要構件的鋼板厚度大于等于10mm。從某種角度上講，輕鋼屬于一個不太精確的名詞，在建筑領域中，對它的解釋有兩種：其一，按照我國現行的GB50017-2003中的有關規定指出圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構是指采用圓鋼和小于L45×4與L56×36×4的角鋼制作而成的輕型鋼結構[2]，這種結構在鋼材匱乏的年代用于不適宜鋼混結構制造的小型結構當中，目前已經不叫少見；其二，按照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中的有關規定指出具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實腹門式鋼架結構，這里的輕型主要是圍護結構是以輕質材料為主。由于目前我國現行的規范和技術文件當中都沒有重鋼結構一說，為了區別輕型鋼結構建筑，更準確一點的說法應當是普鋼結構。這是因為普鋼結構的范圍相對要更廣一些，既可以包含各種類型的鋼結構且無論荷載大小，而且還能包括輕鋼結構的許多內容。輕型鋼結構建筑技術規程僅僅是針對該結構“輕”的特點規定了一些具體的內容，這些內容的范圍只局限在單層門式剛架?？梢?，輕鋼與重鋼之分并不在于結構本身的輕重，而是在于所承受的圍護材料的輕重。
2.2 輕鋼結構材料選擇
鋼材的選用是一個比較關鍵的環節，具體設計中，應結合工程的實際情況并考慮以下幾個方面：其一，應遵循經濟性原則來選擇鋼材。按照當前的建材市場行情來看，Q235鋼與Q345鋼的差價一般在幾百元左右，對于沒有特殊要求的輕鋼結構建筑，應考慮選擇Q345鋼，若是結構設計中，構件截面對強度要求較高，應采用Q345鋼，如果是對剛度要求較高則可采用Q235鋼；其二，按設計荷載選用鋼材。輕鋼結構建筑中，對于直接承受動荷載的構件應選用Q235B、Q235C或是Q345鋼，而直接承受靜荷載或是間接承受動荷載的構件則應采用Q235B或是Q235BF。除了鋼材選用以外，柱腳的設計也需要特別注意。目前，輕鋼結構建筑中柱腳通常都是采用鉸接或是剛接，具體選則時應當結合工程設計要求、建筑高度、風荷載大小等因素進行確定，如門式剛架柱腳應采用鉸接，而廠房內有5t以上橋式吊車時柱腳則應采用剛接[2]。
3 輕鋼結構建筑設計理念
由于輕鋼結構自身所具備的特殊性，使其在設計理念上也與一般建筑結構有所不同，輕鋼結構建筑的設計理念具體體現在以下幾個方面上：
3.1 一體化結構設計理念
大部分傳統鋼結構建筑在進行設計時，一般遵循的都是先建筑設計再結構設計的理念，而輕鋼結構建筑因其自身材質的特殊性以及相關設計軟件的先進性，使得整個輕鋼結構建筑設計程序實現了一體化的設計，簡而言之，就是建筑設計與結構設計能夠在同一時間內完。
3.2 主體與圍護結構的一體化設計理念
目前，國內的輕鋼結構建筑通常都是主體結構與圍護結構分開設計，而合理的做法應當是兩者一并設計，即主體與圍護結構的一體化設計，為進一步確保輕鋼結構建筑整體安裝施工的精確度，若是在柱與柱之間加裝輕質墻板，則應當執行建筑模數制[3]。
3.3 截面優化設計理念
在進行輕鋼結構建筑設計的過程中，減少鋼材的用量是設計的主要任務之一，但這樣一來便容易造成結構分析與構件計算復雜化。通常情況下，在門式鋼架中，常規的做法是采用輕型焊接變截面工形柱與分段變截面工形梁再借助腹板屈曲后達到的強度來實現這一目標。輕鋼結構建筑截面優化的常用方法有很優化理論、窮舉法等等。
3.4 建筑表現理念
輕鋼結構建筑的表現設計理念可歸納為以下幾個方面：其一，建筑整體規模，大跨度的輕鋼結構建筑具有恢宏磅礴的氣勢，這是普通建筑不具備的；其二，線條。輕鋼結構建筑中，一般都是使用大量的屋面采光板進行采光，有效地減少了墻面窗口的數量，既能確保建筑采光良好，又能保證墻板線條的流暢性，從而形成獨特的建筑風格；其三，色彩。金屬壓型鋼板具有非常豐富的色彩，這使得輕鋼結構建筑在色彩的表現上別具一格，色彩的多樣性也為建筑師進行設計預留出了一定的想象空間，避免了色彩單調、雷同的情況發生。
4 輕鋼結構建筑優點
4.1 施工周期短
對于輕鋼結構而言，其大部分構件基本能上都在工廠內制作完成，而在施工現場只需要進行簡單的拼接安裝即可，一些規模中等的工業廠房整個施工周期大概只要45-60d左右便可完成，如果采用鋼混結構很低也需要8個月左右才能竣工。兩者相比之下，輕鋼結構在工期上的優勢非常明顯。
4.2 性價比較高
因為輕鋼結構建設工期較短，所以能夠提前投入使用，這樣一來便可以更早的獲得投資效益，若是使用彩色壓型鋼板還能顯著改善周邊環境的動態感，而且結構本身的自重較輕，耐久性也非常高。根據目前我國建材市場的價格，輕鋼結構的整體造價要比鋼混結構低很多，同時結構的跨度越大其優勢也就越明顯。
4.3 環保性良好
鋼結構建筑又被稱之為綠色建筑，在國外這種結構形式的建筑非常廣泛，與混凝土結構相比，其在環保方面具有如下優勢：其一，可以采用干法進行施工，節水效果明顯，并且施工占地面積較小，基本無噪音和粉塵等污染；其二，由于輕鋼結構本身的自重較輕，因而地基基礎不需要太深，這在一定程度上減少了取土量，對土地資源的破壞比較輕微；其三，因該結構本身是以輕型鋼材為主，這樣一來減少了混凝土和磚砌體的用量，當結構達到使用壽命拆除時，也不會產生太多的固體廢棄物，鋼材還能回收再利用，環保效果十分明顯。
4.4 抗震性較高
鋼結構本身屬于柔性結構的一種，加之輕鋼結構的自重較輕，所以能夠有效地降低地震等災害對結構穩定性的影響，它的抗震性要比普通混凝土結構高很多。雖然輕鋼結構的優點較多，但是其也存在一定的缺陷，如耐腐蝕性不高、耐火性較差等，這與鋼材本身的特性有關，所以對這兩方面要求比較嚴格的建筑類型不適用于輕鋼結構，一旦采用輕鋼結構，必須進行防腐蝕和防火處理，這樣一來會提高成本。
四、結束語
總之，加強對輕鋼結構的認識，提高輕鋼結構的設計水平，努力做到恰到好處的運用，重視輕鋼結構的施工質量，方能確保輕鋼結構建筑的設計效果。